Wie genau kann ich mit Beschleunigungsmesser und Gyroskop sein?

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Ich möchte ein kleines Projekt erstellen, um die Position eines Objekts im Raum zu verfolgen. Dafür habe ich vor, einen Beschleunigungsmesser und ein Gyroskop zu verwenden.

Das Problem ist, dass ich möchte, dass dieses Tracking sehr genau ist, und ich habe nicht herausgefunden, wie genau Sie es tatsächlich bekommen können (für eine angemessene Menge Geld). Sprechen wir 1 Zentimeter oder Zentimeter / 1000?

Die spezielle Kombination, die ich kaufen möchte, stammt von SparkFun: IMU Fusion Board - ADXL345 & IMU3000. Ich bin jedoch eher an einer allgemeinen Antwort interessiert, da ich auch andere Kombinationen verwenden könnte. Vielleicht nur eine allgemeine Richtlinie zur Bestimmung anhand der technischen Daten.

RasmusWL
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Versuchen Sie, das Gerät im 3D-Raum zu positionieren, oder ist es in irgendeiner Weise eingeschränkt? Benötigen Sie neben der Position auch Informationen zur Haltung?
Tallganglyguy
Nun, mir geht es nur wirklich um relative Positionen. Es ist mir egal, wo es auf der Welt ist (GPS-Koordinaten oder ähnliches). Es ist in keiner Weise eingeschränkt, aber ich könnte es alle 15 Minuten in eine feste Position bringen, um die richtige Position zu finden. Ich muss tatsächlich die Position 5 oder 10 cm vor dem Bauteil finden, daher schätze ich, dass dies ohne die Einstellung (Richtung) schwierig wäre.
RasmusWL
Wie weit müsste es von der Referenzposition weg fahren?
Rocketmagnet
Max 60 cm. Wahrscheinlich weniger in den meisten Fällen (um 35 cm)
RasmusWL
Die einfache Antwort lautet hier "Wie viel Geld hast du?". Geld = Leistung für IMU-Systeme.
Connor Wolf

Antworten:

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Wie Rocketmagnet sagte, wird Ihr Fehler mit der Zeit zunehmen. Das in der Trägheitsnavigation üblicherweise verwendete Fehlermodell ist ein exponentielles Wachstum.

Um dies zu minimieren, müssen Sie externe Updates bereitstellen. Der üblicherweise eingesetzte Mechanismus ist ein Kalman-Filter. Die Inertialsensoren bieten sehr gute Aktualisierungsraten. Ihre externe Quelle bietet weniger genaue, aber langfristig stabile Updates mit einer geringeren Rate (normalerweise so etwas wie GPS). Diese zwei kombinieren, um Ihnen eine gute kombinierte Lösung zu geben. Nicht alle Systeme verwenden GPS als Update-Quelle. Die Quelle für diese Updates ist beispielsweise der IR-Imager auf der Vorderseite der Nintendo Wii-Fernbedienung.

Ich werde Ihnen ein Beispiel geben, bei dem die Kosten keine Rolle spielen. Ich baue Systeme für die Luftvermessung, die Trägheitssysteme verwenden, die mehr als 100.000 Euro kosten. Mit diesen Systemen und geodätischen High-End-GPS-Empfängern kann ich den Standort der IMU den ganzen Tag über auf ein 2-Zoll-Volumen genau bestimmen, wenn die GPS-Abdeckung gut ist 60 Sekunden haben wir eine Fehlergrenze von ca. 10 cm. Systeme mit diesem Leistungsniveau sind in der Regel ITAR-gesteuerte Güter, da es sich um waffenfähige Geräte handelt.

MEMS-Trägheitssysteme von geringerer Qualität werden den ganzen Tag über in weniger anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt, um die Position und Lage des Messgeräts im Submeterbereich zu bestimmen. Diese Systeme mit geringerer Qualität verwenden immer noch den gleichen Kalman-Filtermechanismus. Der wirkliche Nachteil dieser kostengünstigeren Einheiten ist, dass Ihr Driftfehler viel schneller zunimmt.

Bearbeiten:

Zur Beantwortung Ihrer Frage, worauf es in einer IMU ankommt. Es gibt ein paar Dinge, die Sie sich ansehen möchten. Das erste ist die Temperaturstabilität. Einige MEMS-Sensoren werden Ausgänge haben, die über den Temperaturbereich um bis zu 10% variieren. Dies spielt möglicherweise keine Rolle, wenn Sie während des Betriebs eine konstante Temperatur haben.

Als nächstes ist die spektrale Dichte des Kreiselrauschens zu berücksichtigen. Je geringer der Geräuschpegel, desto besser. Der folgende Link enthält eine Dokumentation darüber, wie Sie von der spektralen Rauschdichte zur Drift gelangen (in Grad pro Zeiteinheit). http://www.xbow.com/pdf/AngleRandomWalkAppNote.pdf

Bei der Beschleunigung sollten Sie neben dem Rauschen auch die Empfindlichkeit und die Vorspannung berücksichtigen. Der Geräuschpegel gibt Ihnen eine Vorstellung davon, wie schnell Sie Fehler integrieren werden.

Tallganglyguy
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Tolle und informative Antwort :) Grundsätzlich muss ich die ganze Zeit sehr genau messen (wir sprechen hier von einem Millimeter), die Bewegung ist nicht sehr groß (maximal 1 Meter), also wenn die Position um 10 cm abweicht, es kann nicht wirklich verwendet werden. --- Ich weiß nicht, ob Sie
derjenige
Ein Blick auf das, was Sie gesagt haben, klingt wie eine träge Lösung, ist die falsche Technologie, um Ihr Problem zu lösen. Leider stehen diese Leistungsniveaus der breiten Öffentlichkeit nicht zur Verfügung. Dieses Datenblatt enthält eine Liste mit Positionsfehlern für verschiedene GPS-Ausfälle (im Wesentlichen Ihre Anwendung). Diese IMU kostet 70.000 Euro und ist nach 5 Minuten um 40 cm raus.
Tallganglyguy
Okay, hört sich so an, als hättest du recht. Das wird nicht funktionieren. Aber danke für all die Hilfe!
RasmusWL
Ich weiß nicht, was Ihre Bewerbung ist oder welche Einschränkungen Sie haben, aber hier ist ein Vorschlag. Wenn Sie einen Gelenkarm als Bezugspunkt hätten, könnten Sie die Präzision erreichen, die Sie benötigen. So etwas wie der Faro-Arm . Bauen Sie einen Arm mit Encodern in jedem Gelenk. Dann wird es einfach Mathe! Natürlich müsstest du nicht so präzise sein wie sie sind, aber es ist eine Idee, wie du dahin kommst, wo du sein möchtest.
Tallganglyguy
danke für den vorschlag, aber das würde bei mir nicht funktionieren. Ich habe herausgefunden, dass es nicht möglich ist, also danke, dass du mich aufgeklärt hast :)
RasmusWL
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Die Genauigkeit, die Sie erhalten, hängt von der Zeit ab. Je länger Sie es verwenden, desto größer wird der Fehler. Für eine kurze Zeit (ein paar Sekunden) kann die Präzision ziemlich gut sein, weniger als 1 mm. Da eine IMU jedoch keine feste Positionsreferenz hat, schleichen sich Integrationsfehler ein, und schließlich werden Sie abgeschaltet und reisen mit Lichtgeschwindigkeit.

Um eine gute Rotationsgenauigkeit zu erzielen, können Sie einen 3-Achsen-Kompass hinzufügen. Um eine gute Positionsgenauigkeit zu erzielen, benötigen Sie eine Art Positionsreferenz. Was dies genau ist, hängt davon ab, wie weit das Gerät fahren soll.

Wenn Sie nur einen Meter oder so zurücklegen möchten, empfehle ich, die IMU zu vergessen und einen magnetischen Trcker wie den miniBIRD zu verwenden .

Für längere Strecken können Sie GPS verwenden.

Raketenmagnet
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Danke für die Antwort. Ich fing an, einige weitere Fragen zu miniBIRD zu stellen, bemerkte dann aber den Preis. Gibt es eine Möglichkeit, den Preis niedrig zu halten und dennoch eine Genauigkeit von etwa 1 mm zu erreichen? Ich hätte die Möglichkeit, die Position einmal pro Sekunde zurückzusetzen, aber ich sehe, dass dies nicht hilft, wenn es nach 60 Sekunden um 10 cm abfällt.
RasmusWL
Wow .. dieser Kommentar hatte einen Fehler, ich kann ihn natürlich nicht jede Sekunde zurücksetzen: D Einmal alle 15 Minuten oder so.
RasmusWL